变频电机

永磁同步电动机具有功率密度大效率高转子消耗小等优点。永磁同步电动机的结构很像感应电动机具有三相定子转子的表面安装有稀土材料做的磁钢。矢量控制是一种控制永磁同步电机的实用而有效的方法其基本思想是在三相永磁同步电动机上设法模拟直流电动机转矩控制的规律在磁场定向坐标上将电流矢量分量分解成产生磁通的励磁电流分量和产生转矩的转矩电流分量并使两分量互相垂直彼此独立然后分别进行调解这样永磁同步电动机的转矩控制从原理和特性上就和直流电动机相似了因此矢量控制的关键仍是对电流矢量的幅值和空间位置频率和相位的控制。永磁同步电机（PMSM）PM电机通常分为两类：无刷直流电机(BLDC)和永磁同步电机(PMSM)。BLDC通常具有方波形状的反电势，所以转子位置的测量可以非常方便地利用反电势的测量得到。而且其控制方式也非常简单。然而简单的逆变器导致了转矩脉动的产生。BLDC通常用于小型的驱动系统，因为BLDC脉动转矩的存在，BLDC一般不太适用高性能驱动。PMSM与BLDC的不同仅在于控制策略和激励电压的方式。在PMSM中，电机反电势的形状基本是正弦的，其正弦的纯度取决于永磁材料充磁的质量。如果永磁铁在转子中的放置正确，纯正弦的气息密度是可以得到的。因为实际上定子绕组不会精确正弦分布，因此气息密度也只能是尽量接近正弦。与其他交流电机的驱动方法相同，PMSM的主要控制策略有如图所示三类，分别为变压变频(VVVF)，磁场定向矢量控制(FOC)和直接转矩控制（DTC）。1、VVVF控制VVVF控制策略的控制变量为电机的外部变量，即电压和频率。控制系统将参考电压和频率输入到实现VVVF的调制器中，最后由逆变器产生一个交变的正弦电压施加在点击的定子绕组上，使之运行在指定的电压和参考频率下。这种调制方法无需从电机端引入任何速度、位置或电压、电流反馈信号，属于开环控制。这种控制系统容易实现且价格低廉。由于系统中不引入速度、位置或任何其他的反馈信号，因此即时捕捉电机状态，致使无法精确控制电磁转矩。又由于仅使用一个调节器实现对输入电压和磁链的调制，因此导致输入电压、频率信号和电机最终的转矩、速度反应之间通讯速度降低，使电机的响应变慢。这种驱动系统仅适用于风机。水泵之类无需精确控制的场合。2、矢量控制PMSM矢量控制的基本思想是模仿直流电机的控制方式，即模仿其磁场定向过程。在PMSMFOC系统中电机的电磁转矩与永磁体产生的磁链和电流成正比，因此可通过控制电机在交轴上永磁体的电流来控制电机的电磁转矩，进而实现对速度的控制。为了模仿直流电机的磁场定向过程，矢量控制需要PMSM内部转子磁链矢量空间角位置，并使调制器合成一个电压空间矢量，进一步产生一个系统需要的磁链矢量。在PMSM矢量控制中，磁场定向式通过电子方式而不是类似直流电机中的换向器或电刷得到的。矢量控制系统的优点是具有良好的转矩响应，精确的速度控制，零速时可实现全负载，进而可获得类似于直流电机的工作特性。为了得到高性能的转矩和速度控制，转子空间位置反馈装置是必须的，这会提高系统造价，同时使简单的交流电机结构变复杂。同时调制器的使用也会降低输入信号和电机输出信号之间的通讯。因此与直流电机驱动比较，这种控制方式虽结构简单，但会使控制系统复杂。3、直接转矩控制在PMSMDTC系统中，控制变量是定子磁链和转矩，采用定子磁场定向，因而无需转子位置的信息。但对PMSM来说，转子初始位置必须知道。DTC驱动系统中，电机的转矩无需通过电流控制即可直接得到控制，因而系统的转矩响应非常快。不同于矢量控制，DTC无需任何电流的调节。定、转子坐标之间的变换和调节，DTC是基于转矩和定子磁链给定值与实际值间的误差和定子磁链位置信号，通过选取合适的电压空间矢量实现的。在滞环控制器设置滞环范围内，通过直接控制逆变器开关状态以减小电机转矩和磁链的误差时可能的，因此尽管DTC结构简单，同样有可能获得高的动。静性能。此外与矢量控制比较，DTC对电机参数变化具有更好的鲁棒性。电机控制方法矢量控制矢量控制矢量控制---SPWM波形矢量控制---SPWM波形Clarke变换下图显示了3相静止坐标到2相静止坐标的变换：Park变换以及Park逆变换下图显示2相静止坐标到2相旋转坐标的变换：Park变换Park逆变换辅助：正交编码器•用于电机控制的正交编码器常采用增量式；•输出常采用A、B和Z三相输出；•A、B用于正反相计数、方向判定等，Z用于位置修正；•输出分辨率越高，转子位置检测的精度也就越高；转子定位六步法应用—无传感器的反电动势法BEFM六步法六步法六步法应用---Hall传感器六步法应用---Hall传感器